Naturfaserspritzguss

Wurden im Jahr 2004 nahezu 99 Prozent aller NFK über das Formpressen hergestellt, könnte die nun serienreife Naturfaserspritzgießtechnik daran bald etwas ändern. Die allermeisten kleineren und mittleren Kunststoffprodukte, die uns alltäglich umgeben, werden mittels Spritzgießen produziert - ein großes Potenzial für Naturfaserprodukte!

Beim Spritzgießen, oft umgangssprachlich auch als Spritzguss bezeichnet, wird die Formmasse meist aus granuliertem thermoplastischem Kunststoff in der Spritzgießmaschine direkt zu einem oft schon gebrauchsfertigen Formteil gegossen. Das geht schnell und ist in Massenproduktion kostengünstig. Die Oberfläche des Formteils entspricht der Werkzeuginnenfläche, so lassen sich auch Strukturen und Informationen übertragen. Mittels Spritzgießen sind Teile bis zur Qualität der Feinwerktechnik herstellbar; Nacharbeit ist deshalb nicht oder nur in geringem Umfang erforderlich.

Spritzgießen gilt als am weitesten verbreitetes Kunststoffverarbeitungsverfahren. Es ist ein Massenfertigungsverfahren, bei dem Formteile in großen Stückzahlen gefertigt werden können.

Das typische Naturfasergranulat besteht aus ca. 40 Prozent Naturfasern, 55 Prozent Polypropylen (PP) und fünf Prozent Haftvermittler. Statt eines mineralölbasierten Polymers können auch thermoplastisch verarbeitbare Biopolymere wie Lignin Verwendung finden. Im Extruder werden die Einzelkomponenten bei maximal 180 °C heiß vermischt, granuliert und abgekühlt. Als Herausforderung erweist sich dabei die gleichmäßige Zufuhr preiswerter Naturfasern bzw. Naturfaserbänder oder -pellets. Auch wenn hier inzwischen Lösungen existieren, besteht noch Bedarf an weiterer Forschung und Entwicklung. Nur wenn Naturfasergranulat auf bestehenden Spritzgießmaschinen ohne oder nur mit geringen Modifikationen verarbeitet werden kann, lässt es sich vermarkten.

Naturfaserspritzgussprodukte können in Preis und Qualität mit anderen etablierten Werkstoffen gut mithalten. Bewähren sie sich in der Serienpraxis, stellen sie für viele Anwendungen eine interessante Alternative dar. Das Material ist auch bei geringem spezifischem Gewicht fest und steif, bietet sich daher als Werkstoff für Leichtbau im Automobil, bei Möbeln oder auch bei Transportverpackungen an. Die Eigenschaften der Polypropylennaturfaserwerkstoffe (PP-NF) unterscheiden sich je nach Verfahren erheblich. Von besonderer Bedeutung ist die Geometrie der Naturfasern im Granulat bzw. Endprodukt. Untersuchungen zeigen, dass das Verhältnis der Länge zum Durchmesser der Faser der wichtigste Parameter ist. Im Idealfall liegt es deutlich über 50:1.

PP-NF-Granulate werden heute zu Preisen von ca. 1,50 EUR/kg angeboten, die Preise differieren je nach genauer Rezeptur und Menge. Am Markt treffen die PP-NF-Granulate mit den genannten Eigenschaften und Preisen auf Granulate aus technischen Thermoplasten wie ABS, PC/ABS, PP-Talkum und PP-Glasfaser (bis zu einem Glasfaseranteil von ca. 20 Prozent; Verbunde mit einem höheren Glasfaseranteil sind PP-NF insbesondere bei der Schlagzähigkeit überlegen). Wann PP-NF der Vorzug gegeben wird, hängt von einer Vielzahl von Gründen ab. So dürfen z. B. im Lebensmittelbereich bei Transportverpackungen keine Glas-faserverstärkten Kunststoffe eingesetzt werden - wohl aber PP-NF-Werkstoffe. Die Vermeidung von Glasfaserstaub war auch ein wichtiges Argument für die Verwendung von PP-NF im Trägermaterial von Schleifscheiben.

2004 wurden in Europa zwischen 500 und 1.000 t Naturfasergranulate eingesetzt, deutlich mehr als in den Vorjahren. Die ersten Bauteile aus diesem Material gingen bereits 2003 in Serie. So erfolgreich, dass ein Jahr später bereits etwa zehn unterschiedliche Bauteile daraus produziert wurden. Da es sich bislang vor allem um kleinere Bauteile wie Haltehaken am Autositz und Trägerplatten für Schleifscheiben handelt, sind die Tonnagen noch bescheiden. Für das Jahr 2005 werden bereits zwischen 3.000 und 4.000 t eingesetztes PP-NF-Granulat erwartet. Aktuell bieten in Europa etwa fünf Unternehmen PP-NF-Spritzgießgranulate bzw. PP-NF-Formteile an. Gleichzeitig warten Dutzende von Patenten von zahlreichen Forschungsinstituten auf ihre industrielle Umsetzung. Erst die nächsten Jahre werden zeigen, welche Verfahren sich am Markt durchsetzen können.

Es ist zu erwarten, dass die Weiterentwicklung in der Praxis eine immer bessere Ausnutzung der sehr guten physikalischen Eigenschaften der Naturfasern ermöglicht. Gleichzeitig werden Spritzgießanlagen und Werkzeuge auf das PP-NF-Material abgestimmt und das Know-how bei den Anwendern wächst.